超声冲击方法的特点分析

与传统表面形变强化技术相比，超声冲击技术具有明显的优势，表现在以下几点[20]：

（1）超声冲击加工频率高、效率高。通过超声波换能器将电能转换成高频的超声波，超声波通过冲击针传递至金属表面，使金属表面或次表面发生严重的塑性变形，金属表层组织晶粒大小随着冲击时间和冲击电流的增大逐渐减小，当冲击参数在某一数值时被冲击表面甚至可以形成纳米级晶粒。经超声冲击处理后材料的硬度、强度和韧性都有一定的提高，并在材料表层引入了有利的残余压应力，可以提高材料的耐腐蚀性能、耐磨性能和抗疲劳性能。

（2）超声冲击技术能够高能、高效地处理金属构件，具有较高的经济效益。通过超声波换能器将电能转化为机械能，机械能通过冲击针作用在金属表面具有极高的传递效率，几乎无能量损失，在较短的时间内可以将产生的高频机械振动转化为金属构件表面的残余压应力。

（3）超声冲击设备的使用相对于其他表面强化设备，其体积要小得多，且使用更为方便，这主要得益于超声冲击设备简单紧凑，占用空间极小，并且便于携带和运输，特别适用于工业上的应用。最新型的HJ-Ⅲ型超声冲击设备整体尺寸为680 mm×500 mm×370 mm，总质量为35 kg 左右，而手持式超声冲击枪仅有几千克。(www.xing528.com)

（4）在超声冲击处理的过程中总可以达到零污染、零排放，在工作过程中不会产生烟尘、废气和废渣等常见的污染物，不会对工作人员身体产生影响。在传统的喷丸工艺处理过程中，会产生大量的细碎颗粒的粉末进入环境中，对操作人员的身体健康会有一定影响，超声冲击装置的冲击针材料硬度较高，不会轻易消耗，因此也不会对环境造成影响。

超声冲击法应用在焊接结构上具有更明显的优点，概括起来：第一，有效地改善母材与焊缝之间过渡区域几何形状，增大焊趾处的过渡半径，降低其应力集中系数；第二，调整焊接残余应力场的分布，在应力集中处产生有利于延长接头疲劳寿命的压应力，进而提高材料的疲劳性能；第三，细化了金属材料的表层晶粒，使得材料表层的硬度和强度得到提高；第四，有效抑制住了疲劳裂纹在气孔和夹渣等焊接缺陷的萌生和扩展，使得焊缝附近区域的疲劳强度接近母材。同时，超声冲击设备由于效率高（每分钟最高可以处理半米焊缝）、噪声小、节能、无污染、执行机构轻巧、使用灵活、方便，应用时不受工件形状、场地、环境的限制，超声冲击法可以应用于焊接现场，处理效果显著。